基于UC3845的反激式12V、5V开关电源

反激、12V、5V输出地开关电源,调试成功。功率为16W。

基于UC3843的反激式开关电源

摘要：本电源采用反激式拓补结构，PWM控制器采用专用芯片UC3843。输入为24V，输出为5V、12V，输出功率为16W。通过电压反馈回路和误差补偿回路的调节，实现对开关管导通比的控制，从而输出稳定的直流电压。

一、 系统的结构框图

二、 系统各部分的介绍

1. 反激式拓补结构

图二是反激式拓补结构的原理图，所谓反激式拓补结构就是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有负载提供功率输出，仅在变压器的初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出。

在图二中我们可以看出，在控制开关接通期间，输入电源对变压器的初级线圈加电，初级线圈绕组有电流流过，在初级线圈两端产生自感电动势的同时，在变压器次级线圈绕组也产生感应电动势，但由于整流二极管的作用没有产生回路电流，相当于变压器次级线圈开路，变压器次级线圈相当于一个电感。

当控制开关由接通转为关断时，变压器次级线圈不再产生感应电动势，次级线圈存储的能量经过由二极管形成的回路而释放，即向负载提供输出功率。

反激式拓补结构的电路简单，比正激式开关电源少用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管，因此反激式开关电源的体积要比正激式开关电源小，成本也较低，这使得反激式变压器开关电源在家电中得到广泛应用。

图一：电源的系统结构框图

反激、12V、5V输出地开关电源,调试成功。功率为16W。

图二：反激式拓补结构原理图

2. UC3843脉宽调制器

UC3843是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部原件就能获得成本效益高的解决方案。图三为本电源的原理图。电源的前级部分由220V交流经过变压器变为24V，然后整流。滤波采用LC滤波，由四个470UF和电感组成，这种滤波方式可使输出到负载上的交流电压成分进一步降低，LC复合滤波在高频场合得到广泛应用。R1、R2、Q1、D5、D6组成启动电路。R7与C13构成RC滤波器，防止限流电阻R5上的噪声使UC3843产生误保护操作。工作频率由R4和C12确定，计算式为

f RT1

.CT

。反馈分压电路由R8、R9、R10、R11组成，反馈输入电压为

2.5V，反馈分压电路的工作原理是：当输出电压有波动时，经过分压电路反馈回一个电压值与基准电压2.5V进行比较，进而控制开关管的导通比来调节输出电压，使其输出稳定。R3、C10、C11构成误差放大器的频率补偿网络。C14、C15、C16、C17为输出滤波电容。使输出电压恒定。

图三：电源的原理图

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3．输入滤波电感值的计算

. 由于电源的输入是具有公共地的单输入线，所以选择磁环，根据资料上提示，若选用磁导率为125的55120磁芯，所需的匝数为32匝，输入电感值

AL N2

Ln

106

（3-1）

求得L值为74uH。在这里我们实际选择的是050125型号的磁环，查资料知每一千圈随对应的电感值为56mH，由此可求得需要绕制的匝数为36.35匝，实际取37匝。考虑到电流的大小，采用0.5mm的漆包线两线并绕。

4. 反激式变压器的设计

（1）计算原边绕组流过的峰值电流

Ipk

2Po

Vs Dmax

（4-1）

Vs为原边电压的最小值。在本电源中，占空比的最大值取0.5。

（2）求出原边绕组的电感值

Lp

Vs(min) Dmax Ts

Ipk

（4-2）

假设电压Vs波动下限为7%，则Vs(min=24 （1-0.07）=22.32V。代入上式可求得)

LP=0.104uH。

（3）求Dmin

在Vs(max)时，占空比有最小值，当输入电压Vs由最小值到最大变化时占空比由最小变到最大其关系可表示为：

Dmin k

Dmax

(1 Dmax)k Dmax

（4-3）

Vs(max)Vs(min)

（4-4）

其中k为电压Vs波动范围系数。Vs(max)一样要考虑直流纹波电压及二极管管压降及波动。 （4）选择磁芯尺寸

APp

6.33Lp Ipkd2

B

（4-5）

式中，APp原边绕组所占的Ap值， B

1

Bs表明工作磁感应强度变化值取饱和值Bs2

的一半。例如TDK公司EE型磁芯，100℃时Bs=3900Gs=0.39T。所以 B=1950GS。

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占窗口大面积的是副边绕组和绝缘材料，一般APp只为Ap的（1/4~1/3）以下，取

1

APp Ap （4-6）

4

Ap Aw Ae （4-7）

由上式可求得Ap=0.268mm。选TDK公司的EE-25型磁芯。

（5）计算气隙长度

由于反激工作模式是单向激磁，为了防止磁饱和，应加气隙。气隙会产生较大的磁阻，而且大多数变压器所存储的能量是在气隙所构成的体积VG中，故有：

4

Ig

2

0.4 Lp Ipk

Ae B

2

（4-8）

将数值代入上式，求得lg=0.473mm。 （6）计算原边绕组匝数

Np Np

B Ig0.4 IpkLp IpkAe B

或 （4-9）

108 （4-10）

代入数值，可求得Np=27.5匝，实际取28匝。 （7）计算副边绕组匝数

按输入最小电压Vs(min)，导通占空比最大，算得副边绕组匝数。

Ns

(Vo VD)(1 Dmin)Np

Vs(min) Dmax

（4-11）

当Vo=5V时，求得Ns=7.5匝，实际取7匝；当Vo=12V时，求得Ns=16.3匝，实际取17匝。

应该注意，在这里变压器实际上是自耦变压器，副边绕组取17匝，在绕制到7匝时回线到副边，再沿着相同的方向继续绕完17匝。 （8）选择导线尺寸和线圈布局

初级线圈采用0.5mm漆包线双线并绕28匝；次级线圈采用0.5mm漆包线双线并绕17匝。

三、 变压器绕制过程中需要注意的问题

1. 线径的选择与磁芯的匹配问题

对于线径的选择的问题，我们用过几种方法，最常用的是根据尖峰电流来选择，在本电

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源中尖峰电流达到了2.67A，查表可知，0.5mm的漆包线所能承受的电流不超过0.5A，这就意味着如果用0.5mm的漆包线，至少需要五线并绕，而由前面计算得知，原边绕组为28匝，我们选用的时EE-25的磁芯，五线并绕28匝，显然不够用。这个问题我们思考了好久，也考虑过换更大的骨架。后来知道，对于我们常用的国产漆包线，前辈们通常是通过选择载流量来选择线径的。具体如下表所示：

图四：常用十种国产漆包线对应的载流量

因为在大部分情况下，流过导线的是平均电流，尖峰电流只是一瞬间的，所以我们可以折中，在本电源中原边流过的平均电流为0.6A，尖峰电流为2.67A，可以根据电流为1A来选择线径。在这里载流量我们选择6.0A/mm，当流过电流为0.954时，对应漆包线外径为0.51mm，所以我们选择0.5mm的漆包线两线并绕完全可以了。

2

2.变压器绕线方法

当原边或者副边绕组需要绕制多层时，通常有两种绕法：U型绕法和Z型绕法。在做推挽式开关电源时，我们用的是U型绕法，但是发现，这样使压差增大由Q C U可知，压差越大，电容上存储的电荷就越多，形成的干扰就越大。所以一般采用Z型绕法。

3.PCB布局应该注意的问题

开关电源中用到的变压器为高频变压器，PCB布局应该遵循高频线路的布局原则。线宽应满足地线＞电源线＞信号线。变压器是干扰源，因该尽量让芯片远离变压器；电感应该尽量与变压器垂直放置；误差补偿回路和反馈分压回路应该尽量靠近集成芯片。

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四、 测试结果及波形

1. 在变压器副边测得的输出波形

图五：变压器副边输出波形

2.UC38456脚测得的PWM波形

图六：PWM波形

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jziq.html